車載T-Box 1PPS輸出電路設計

常 君，葉 丹，隋 瑤

（大連東軟智行科技有限公司，遼寧 大連 116085）

1PPS秒脈沖（1 Pulse Per Second）是一種精準的時鐘同步信號，利用1PPS秒脈沖可以為電路內部或外部設備提供精準的校時。通常在車載T-Box上能夠輸出1PPS信號的設備有GPS模組或具有1PPS輸出功能的5G模組，而GPS模組輸出的1PPS信號的幅度是+3.3V，5G模組輸出的信號幅度是+1.8V，當提供給其他設備需要提升較高的電平（>8V）傳輸，才能夠避免由于長線傳輸帶來的信號幅度衰減。

基于上述目的，本文提出一種車載T-Box 1PPS輸出電路，將輸入的低電平信號轉換成高電平輸出，提供給其他設備使用，整個電路由硬件電路實現，結構精簡，具備防護功能。

1 方案設計

1）輸入接口部分：模組輸出的1PPS信號通過1PPS_IN輸入，幅度為+1.8V/+3.3V脈沖方波。

2）供電部分：整個電路工作時需要通過T-Box在VCC處提供+8～+16V電源。

3）電平轉換開關部分：由R1、R2、Q1、R3、R4、Q2組成。其中，Q1為三極管，起到使能開關的作用。R1、R2為分壓網絡電阻，R4為上拉電阻，R3為串行電阻。Q2為受控三極管，起到電平轉換開關作用。

4）電平提升網絡：由D1構成。

5）防反保護部分：由D2二極管構成。

6）電阻網絡：由R5、R6構成，正常工作時，R5、R6起到分壓作用；當外接引腳短地，R5同時起到防過流保護功能；當無外接設備時，R6是下拉電組，可以防止輸出引腳懸空，穩定電平的作用。

7）靜電保護部分：由防靜電（ESD）二極管VS1構成。

8）其他：C1為電源濾波電路。

系統框圖如圖1所示，詳細電路圖如圖2所示。

另外，“吃禁果”是男女之情的隱喻，摩西說得過于委婉，可人們還是猜得出來，繁衍后代就等于生生不息，永遠不死了。

圖1 系統框圖

圖2 詳細電路圖

2 具體實施內容

詳細執行過程如下。

1）工作過程：當在1PPS_IN處輸入1PPS控制信號時，幅度為+1.8V/+3.3V，經電阻R1、R2分壓后，調整合適的分壓比，送入三極管Q1基極，三極管Q1飽和導通對地，此時三極管Q1的集電極為低電平，促使三極管Q2管飽和導通，電源由VCC處經過防反二極管D2、電阻分壓網絡R5、R6輸出至1PPS_OUT，提供給外接設備使用；當輸入1PPS_IN的信號為低電平時（0V），三極管Q1處于截止工作狀態，同時三極管Q2也處于截止工作狀態，電源無法輸出至1PPS_OUT，此時提供給外接設備為低電平（0V）。

2）電平提升網絡：由D1構成，當外接1PPS_IN引腳輸入電平經R1、R2電阻分壓網絡分壓后，輸入至三極管Q1的基級電平幅度>1.4V時，三極管Q1才飽和導通，優點是提升了三極管飽和導通控制電平幅度，避免了一些潛在的干擾。

3）外接輸出（短地）保護：當外接1PPS_OUT引腳輸出誤短接地，此時施加在1PPS_OUT引腳的電壓為0V，由于R5具有限流作用，避免了過流損壞整個電路的現象發生。

4）外接輸出（短電源）保護：當外接1PPS_OUT引腳輸出誤短接電源時（VCC），此時施加在1PPS_OUT引腳的電壓為外接電源電壓，由于二極管D2處于反向工作截止狀態，起到了防反保護的作用，此時內部電路仍處于正常工作狀態。

5）靜電保護：靜電保護主要由放置在1PPS_OUT接口處的防靜電（ESD）二極管VS1完成。當模塊外接1PPS_OUT端子引腳在做ESD測試時，需要用ESD槍對1PPS_OUT端子進行放電，靜電槍會在很短時間之內產生較大的ESD電流，并且電流迅速沿PCB線路傳播，當大電流流入到VS1入極時，通過VS1將大電流泄放到大地，起到了保護接口電路的作用。

實際測試圖如圖3所示，上升沿局部放大圖如圖4所示，滿足客戶<1μs需求。

圖3 實際測試圖

圖4 局部放大圖

3 結束語

本文設計采用了硬件分離元件電路形式實現了對1PPS信號轉換功能，在接口處采用了防反、輸出分壓、靜電保護等部分電路防護措施，更好應對車載環境下防靜電、防誤接等實驗測試需求。另外，在本設計中，在三極管Q1支路上串接二極管D1，對輸入電平幅度起到了提升的作用，避免了一些潛在的干擾，大大提高了T-Box系統的可靠性，有效保證了設備持續而穩定地工作。